KR101440661B1 - 내수성과 난연성을 갖는 시스 재료 조성물 및 이를 이용한 전선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 실란으로 표면처리된 난연제 10 내지 80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내수성을 갖는 시스 재료 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 시스 재료 조성물로 형성된 시스체를 포함하는 전선을 제공한다. 본 발명의 시스 재료 조성물은 내수성이 뛰어나기 때문에, 상기 시스 재료 조성물로 형성된 시스체를 포함하는 전선은 수중 환경에서도 절연 저항이 저하되지 않고 장기간 사용될 수 있다.

Description

내수성과 난연성을 갖는 시스 재료 조성물 및 이를 이용한 전선{Composition For Cable Sheath With High Water-proofing And Flame-retardancy The Cable Having The Same}

본 발명은 내수성과 난연성을 갖는 시스 재료 조성물 및 이를 이용한 전선에 관한 것이다.

국내에서 사용되고 있는 전선 중 한 형태는 도 1에 도시된 바와 같이, 도체(1), 절연층(2) 및 시스층(3)을 포함한다. 종래 기술은 상기 시스층을 폴리염화비닐 기본수지를 포함하는 조성물로 제조하였고, 전선에서 요구되는 가공성 등 여러가지 특성을 만족하기 위하여 여러 첨가제들(가소제, 난연제 등등)을 사용하였다.

이러한 첨가제 중 하나인 가소제는 전선에 유연성을 부여하기 위하여 사용되었으나, 물에 의해 추출되거나 가수분해되어 전선의 전기적 특성을 저하하는 문제점을 야기하였다. 또한, 또다른 첨가제인 난연제는 전선에 난연성을 부여하기 위하여 사용되었으나, 난연제는 친수성을 띄는 수산화 금속이 주로 사용되기 때문에 제조되는 전선은 내수성에 더욱 취약해졌다. 따라서, 이러한 시스층이 포함된 전선이 수분 환경에서 장기간 사용될 경우 시스층의 하부층까지 수분이 침투되어 절연 저항이 저하될 수 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여, 종래 기술은 차수층으로서 금속 박막이나 수밀 테이프 등을 사용하였으나, 편리성과 경제성 등을 고려할 때 구조적으로 자재를 더 도입하는 것은 바람직하지 않다. 또한, 수분을 흡수하는 주요인인 친수성 수산화 금속 난연제의 함량을 줄이는 방안을 고려할 수 있으나, 이 경우 전선에서 요구하는 난연 물성을 충분히 만족시킬 수 없기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 기술적 과제는 전선에 추가적으로 자재를 도입하거나 변경하지 않으면서, 적당한 함량의 난연제를 포함하여 난연성을 확보하면서도 내수성이 뛰어난 전선을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 실란으로 표면처리된 난연제 10 내지 80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내수성을 갖는 시스 재료 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 시스 재료 조성물로 형성된 시스체를 포함하는 전선을 제공한다.

본 발명의 시스 재료 조성물은 내수성이 뛰어나기 때문에, 상기 시스 재료 조성물로 형성된 시스체를 포함하는 전선은 수중 환경에서도 절연 저항이 저하되지 않고 장기간 사용될 수 있다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상의 이해를 돕기 위한 것이므로, 본 발명은 아래 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 도체, 절연층 및 시스층을 포함하는 전선의 횡단면도이다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 시스 재료 조성물은 본 발명의 바람직한 일 예로서 도 1과 같은, 도체(1), 절연층(2) 및 시스층(3)을 포함하는 전선에 있어서, 상기 시스층(3)을 형성하기 위하여 사용된다.

본 발명의 시스 재료 조성물은, 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 실란으로 표면처리된 난연제 10 내지 80 중량부를 포함한다. 종래 기술에서 폴리염화비닐 수지를 사용함에 따라 취약한 내수성을 가지는 문제점이 있었지만, 본 발명의 시스 재료 조성물은 폴리염화비닐 수지와 함께, 실란으로 표면처리된 난연제를 포함함으로써 종래 기술의 문제점을 해결하였다.

통상적으로 사용되는 난연제는 수산화기(-OH)를 갖고 있어서 수분을 쉽게 흡수하는 성질이 있기 때문에 수산화 금속이 포함된 재료의 내수성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 이러한 현상을 막기 위하여 본 발명은 친수성 난연제를 실란으로 표면처리하여 소수성을 띄게 함으로써, 시스 재료 조성물의 내수성을 향상시켰을 뿐만 아니라, 소수성인 폴리염화비닐 수지와 난연제와의 상용성, 가공성 등을 개선시켰다. 이와 함께, 폴리염화비닐 수지와 난연제와의 결합이 증가되어 제조되는 시스 재료는 상온 인장강도가 더욱 개선된다.

본 발명의 난연제는 실란으로 표면처리되며, 상기 난연제로서 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물(3MgCO₃ㆍCaCO₃/Mg₅(CO₃)₄(OH)₂ㆍ4H₂O), 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 하이드로마그네사이트(hydromagnesite, 3MgCO₃Mg(OH)₂₃ㆍH₂O), 수산화 탄산 마그네슘(Mg₄(CO₃)₃(OH)₂ㆍ3H₂O/Mg₃Ca(CO₃)₄) 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite, Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃ㆍ4H₂0)로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.

상기 난연제의 함량과 관련하여, 10 중량부 미만으로 포함되면 시스 재료가 요구하는 난연 특성인 산소지수와 전선에서 요구하는 난연성을 충분히 만족시키지 못하며, 80 중량부를 초과하여 포함되면 난연성은 향상되나 인장강도, 신장율, 내열성 등이 저하되며 압출시 부하 및 외관 불량이 발생하는 문제점이 생긴다. 따라서, 본 발명의 난연제는 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 10 내지 80 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 시스 재료 조성물은, 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 클레이 3 내지 50 중량부, 가소제 30 내지 80 중량부 및 안정제 1 내지 15 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 클레이가 충진제로 사용될 경우, 가소제에 용융된 이온이 이온 교환 반응을 일으키고 전도성 불순물이 클레이에 흡수됨으로써 할 경우에는 시스재료 조성물의 이온 교환 반응을 일으키고 전도성 불순물을 흡수함으로써 제조되는 시스 재료의 전기적 특성이 더욱 향상될 수 있다.

상기 충진제의 함량과 관련하여, 3 중량부 미만으로 포함되면 가교 특성이 저하되며, 50 중량부를 초과하여 포함되면 인장강도 등의 기계적 물성 및 가공성이 저하되어 바람직하지 못하다. 따라서 본 발명의 충진제는 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 3 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 가소제는 폴리염화비닐 기본수지의 용해온도 또는 용융점도를 저하시켜 성형 가공을 용이하게 하고, 폴리염화비닐 기본수지의 유연온도를 저하시켜 사용온도 범위에서 유연성을 부여하거나 탄성, 점착성을 부여한다. 폴리염화비닐은 직쇄상 폴리머로써, 분자 상호간에 분자간력이 작용하여 폴리머쇄의 운동이 억제되어 변형이 어려운 딱딱한 상태로 존재한다. 이러한 폴리염화비닐을 가열하면 분자쇄의 열운동이 격렬해져서 분자쇄간의 작용이 감소되어 분자 사이에 거리가 생기게 된다. 이때, 가소제 분자가 폴리염화비닐의 분자쇄간의 틈으로 들어가서 가소제의 극성부와 폴리염화비닐의 분자쇄의 분극부가 상호 작용하게 된다. 또한, 냉각 후에도 가소제 분자는 그 자리에 남아서 폴리염화비닐의 분자쇄가 근접하는 것을 막아줌으로써 폴리염화비닐 분자쇄의 운동을 용이하게 하여 폴리염화비닐을 유연하게 만든다.

본 발명의 가소제의 함량과 관련하여, 30 중량부 미만으로 포함되면 폴리염화비닐 기본수지에 대한 가소화 효과가 저하되어 제조되는 시스 재료 조성물의 경도를 높여 유연성을 저하되고, 압출시 부하가 높아지며 가공성이 저하될 수 있다. 또한 가소제가 80 중량부를 초과하여 포함되면 가소제가 휘발 또는 침출됨으로써 내열성, 내유성, 난연성, 인장강도 등의 물성이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명의 가소제는 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 30 내지 80 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

이러한 가소제로서 프탈레이트계, 포스페이트계, 트리멜라이트계, 에폭시계, 에스테르계 및 시트레이트계 가소제로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.

상기 프탈레이트계 가소제는, 디이소노닐 프탈레이트(diisononyl phthalate), 디이소데실 프탈레이트(diisodecyl phthalate, DIDP), 디운데실 프탈레이트(diundecyl phthalate), 디부틸 프탈레이트, 디이소부틸 프탈레이트(diisobutyl phthalate), 디이소옥틸 프탈레이트 등으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있다.

상기 포스페이트계 가소제는 트리아릴 포스페이트, 트리알킬 포스페이트, 알킬아릴 포스페이트(alkyl aryl phosphate), 할로겐 처리된 알킬 포스페이트 등으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있다.

상기 트리멜라이트계 가소제는 TOTM(tri(2-ethyl hexyl)trimellitate), TINTM(tri-isononyl trimellitate), TIDTM (tri-isodecyl trimellitate) 등으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있다.

상기 고분자계 가소제는 포화 폴리에스테르계, 개별 폴리에스테르계, 엘라스토머계, 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil, ESO), 에폭시화 아마씨유(epoxidized linseed oil, ELO), 글리콜 에스테르계, 시트레이트계, 염화파라핀계 등으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있다.

본 발명의 안정제는 납계 안정제, 비납계 안정제, 에폭시계 스테아린산 염 및 금속 비누계 안정제로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있으며, 상기 비납계 안정제의 예로서 칼슘-아연계 복합제, 에폭시-아연계 복합제 등을 들 수 있다. 안정제의 함량과 관련하여, 1 중량부 미만으로 포함되면 시스 재료의 내열성이 급격히 저하되며, 15 중량부를 초과하여 포함되면 그 함량에 비례하여 내열성이 향상되는 것이 아니므로 안정제를 낭비하게 되고 단가가 높아진다. 따라서 본 발명의 안정제는 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 중심부에 위치한 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하는 전선으로서, 상기 시스층이 본 발명의 시스재료 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 전선을 제공한다. 본 발명에 따르는 전선은 내수성이 뛰어나서, 수분 흡습에 따른 전기적 특성의 저하를 최소화할 수 있다.

[실시예]

이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변경할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.

본 발명의 시스 재료 조성물의 성분에 따른 내수 특성을 살펴보기 위하여 아래 표 1에 나타낸 조성으로 실시예와 비교예의 시스 재료 조성물을 제조하였다. 표 1의 모든 단위는 중량부이다.

	실시예					비교예
	1			2	3	1	2	3
기본수지	100					100
클레이	20			10	40	-
가소제	50					50
안정제	3					3
난연제a						50
난연제b							50
난연제c	30
난연제d								50
난연제e				40	10

[표에 사용된 성분의 설명]

* 기본수지 : 폴리염화비닐

* 가소제 : 디이소데실 프탈레이트(DIDP)

* 안정제 : 납계 안정제(TLS)

* 난연제 a : 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물

* 난연제 b : 수산화 알루미늄

* 난연제 c : 실란으로 표면처리된 수산화 알루미늄

* 난연제 d : 수산화 마그네슘

* 난연제 e : 실란으로 표면처리딘 수산화 알루미늄

물성 측정 및 평가

상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~3)에 따르는 시스 재료 조성물을 이용하여 시트 시편을 통상의 방법으로 제조하였다. 이렇게 얻은 실시예와 비교예의 시트 시편에 대하여 내수성을 시험한 결과를 아래 표 2에 정리하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.

㉠ 물 흡수율

시편을 75 ℃의 온도에서 각각 7일, 30일, 60일 동안 증류수(물)에 침수시킨 후, 침수 전후의 무게 변화율을 측정하여 무게 변화율을 다음과 같이 계산하였다(IEC 60811-1.3 참조).

㉡ 체적 저항

시편을 75 ℃의 온도에서 각각 7일, 30일, 60일 동안 증류수(물)에 침수시킨 후, 체적 저항(Ω·cm)을 측정하였다.

		실시예			비교예
		1	2	3	1	2	3
물 흡수율 (mg/cm2)	7일	1.157	1.520	1.033	2.343	2.108	1.980
	30일	1.906	2.511	1.747	5.987	5.711	5.551
	60일	2.521	3.298	2.409	10.51	9.031	8.313
체적 저항 (E+14 Ω·cm)	7일	3.58	2.09	4.13	0.98	1.01	1.07
	30일	1.62	0.93	2.05	0.27	0.32	0.41
	60일	0.86	0.57	0.98	0.01	0.01	0.03

상기 표 2에 정리한 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스층을 포함하는 전선은, 클레이를 충진제로 포함함으로써, 물 흡수율이 낮고 체적 저항이 높게 나타났다. 또한, 클레이 함량이 증가함에 따라 전선의 내수성(물 흡수율 및 체적 저항)이 우수해지는 경향을 보였다.

이와 같이, 본 발명에서 우수한 내수성을 보인 것은 클레이 충진제와 실란으로 표면처리된 난연제를 사용하였기 때문이다. 즉, 본 발명의 실시예에서 현저한 물 흡수율 저하를 보인 것은, 실란으로 표면처리된 난연제를 사용함으로써 폴리염화비닐 기본수지와의 결합력을 강화시킨 것에 기인된다. 또한, 본 발명의 실시예에서 우수한 전기적 특성(체적 저항)을 보인 것은, 클레이 충진제를 통하여 이온 교환 반응 및 전도성 불순물 흡착에 기인된다.

반면, 비교예 1 내지 3의 전선이 좋지 않은 내수성(높은 흡수율 및 낮은 체적 저항)을 보인 것은 클레이를 사용하지 않았을 뿐만 아니라, 표면처리를 하지 않은 친수성의 수산화 금속을 난연제로 사용하였기 때문이다.

위와 같이 본 발명의 최적 실시예들을 개시하였다. 본 실시예를 포함하는 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아님을 밝혀 둔다.

도 1에 사용된 부호를 설명하면 다음과 같다.
1 : 도체
2 : 절연층
3 : 시스층

Claims (7)

1. 중심부에 위치한 도체,
   상기 도체를 감싸는 절연층, 및
   상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하고,
   상기 시스층은 폴리염화비닐 기본수지 100 중량부, 상기 기본수지 100 중량부를 기준으로, 실란으로 표면처리된 난연제 10 내지 80 중량부, 클레이 3 내지 50 중량부, 및 상기 폴리염화비닐의 분자쇄의 분극부와 상호작용하는 극성부를 갖는 가소제 30 내지 80 중량부를 포함하는 시스 재료 조성물로부터 제조되고,
   상기 시스층은 75℃의 온도에서 60일 동안 증류수에 침수시킨 후 침수 전후의 무게 변화율을 측정하여 아래 수학식에 의해 계산된 60일간 물 흡수율이 4.0 mg/㎠ 이하이고, 상기 60일간 물 흡수율이 75℃의 온도에서 7일 동안 증류수에 침수시킨 후 침수 전후의 무게 변화율을 측정하여 아래 수학식에 의해 계산된 7일간 물 흡수율의 4배 이하인 것을 특징으로 하는 전선.
   

   
2. 제1항에 있어서,
   상기 시스 재료 조성물은 상기 기본수지 100 중량부를 기준으로 안정제 1 내지 15 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 난연제는 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 하이드로마그네사이트, 수산화 탄산 마그네슘 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite)로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가소제는 프탈레이트계, 포스페이트계, 트리멜라이트계, 에폭시계, 에스테르계 및 시트레이트계 가소제로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
5. 제2항에 있어서,
   상기 안정제는 납계 안정제, 비납계 안정제, 에폭시계 스테아린산 염 및 금속 비누계 안정제로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
6. 삭제
7. 제2항에 있어서,
   상기 가소제는 디이소데실 프탈레이트를 포함하고,
   상기 난연제는 실란으로 표면처리된 수산화 마그네슘을 포함하고,
   상기 안정제는 납계 안정제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.

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